專利名稱：一種燃料電池用氣體擴散層及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，具體地說是一種燃料電池用氣體擴散層材料， 即疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體，以及使用了該材料的氣體擴散層及其制 備方法。
背景技術(shù)：
燃料電池作為一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，近年來成為各國研究開發(fā)的熱點。其核心部件膜電極三合一(MEA)通常由氣體擴散層、催化層和 質(zhì)子交換膜通過熱壓工藝制備而成。氣體擴散層由導(dǎo)電的多孔材料組成， 起到收集電流與傳導(dǎo)氣體和排出水等多重作用，是影響電極性能的關(guān)鍵部 件之一。理想的擴散層應(yīng)滿足三個條件良好的排水性、良好的透氣性和 良好的導(dǎo)電性。氣體擴散層通常由基底層和微孔層組成?；讓油ǔＪ褂?多孔的碳紙、碳布，其厚度約為100 ~ 400 pm，它主要起支撐微孔層和催 化層的作用。微孔層通常是為了改善基底層的孔隙結(jié)構(gòu)而在其表面制作的 多孔導(dǎo)電層，其厚度約為10 100 iiffl,可以降低擴散層和相鄰電極組件 之間的接觸電阻，并可以有效地改善電極中水和氣的傳遞，從而降低電池 在高電流密度區(qū)的濃差極化，提高電池性能。在電池運行過程中， 一方面電極內(nèi)要保存 一定量的水來保證膜的潤濕 性，從而降低歐姆過電位；另一方面液態(tài)水量不能過多，大量的液態(tài)水會占據(jù)氣體傳遞通道，并覆蓋催化劑的表面，使反應(yīng)氣的傳遞阻力大大增加， 從而增加了濃差極化。所以電極內(nèi)的水要在既保證膜的充分潤濕又避免電 極"水淹"之間達到平衡。對氣體擴散層進行適宜的疏水化處理和合理的 孔結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠有效加強電極內(nèi)的水/氣傳遞，提高電池的輸出性能。目前，普遍采用的對導(dǎo)電碳材料進行疏水化處理的過程為將導(dǎo)電碳材 料與疏水劑在溶劑中充分分散、混合后，制備到擴散層的基底層上后，經(jīng) 過焙燒工藝，使疏水劑包裹到導(dǎo)電碳材料的表面實現(xiàn)微孔層的疏水能力。 這種方法的弊端是所選用的碳材料為微細粒子，易處于團聚狀態(tài)，與疏水 劑的接觸不是很充分。所以微孔層的疏水不均勻。另外由于燃料電池處于 中、低溫操作，以及電極內(nèi)液態(tài)水的存在，使得擴散層的疏水能力逐漸下 降，電池性能出現(xiàn)衰減。在特開平6-256008號公報，公開了在350 60(TC，使氟與碳粒反應(yīng)1 分鐘 6小時，得到氟化碳粒。該反應(yīng)在反應(yīng)器內(nèi)，在碳粒子進入鎳制的船 皿中的狀態(tài)進行的。但可以作為疏水化處理劑使用的物質(zhì)仍然是限定為可 以使其在反應(yīng)器中流通與船皿中的碳粒子接觸的氣體或是在較低溫度下可 以氣化的物質(zhì)，選擇面極其狹窄。
所以尋找一種均勻、穩(wěn)定并且高效的疏水方法對提高電池的傳質(zhì)能力和 電極性能以及長期的運行穩(wěn)定性具有重要意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供了 一種用于微孔層疏水化處理的新方法，即通過 微波介電加熱技術(shù)得到疏水劑/導(dǎo)電材料復(fù)合粉，用于微孔層制備。該微孔 層具有較好的孔分布和疏水性能，大大提高了氣體擴散層內(nèi)的傳質(zhì)能力以 及電池的輸出性能，特別是大電流密度區(qū)的電池性能。一種燃料電池用氣體擴散層，由基底層和微孔層組成，在經(jīng)過憎水處 理的多孔導(dǎo)電基底的一側(cè)或兩側(cè)制備有由疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體構(gòu) 建的微孔層。所述疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體是釆用微波介電加熱技術(shù)制得，其具體過程為1 )首先將導(dǎo)電碳材料用乙醇或異丙醇潤濕，隨后加入導(dǎo)電碳材料質(zhì)量 10-100倍的蒸餾水，在超聲波里充分分散、攪拌；2 )將疏水劑乳液逐滴加入到經(jīng)充分分散的上述碳材料的懸浮液中，其 中終產(chǎn)物中疏水劑含量為1~70 wt.°/。，較好為5~50 wt. %,最好為10~ 40 wt. %;該步驟疏水劑滴加量為產(chǎn)物實際用量的1.5- 3倍，充分攪拌，使碳材料和疏水劑充分混合接觸；3) 將上述混合液置于70-100 。C水洛鍋中聚凝，并揮發(fā)掉用作溶劑的 醇和蒸餾水；4) 將烘干后的疏水劑和導(dǎo)電碳材料的混合物，置于微波爐中，進行微 波加熱處理微波加熱時間為0. 5 30分鐘， 一般為1 20分鐘，最好為 1.5 5分鐘；微波系統(tǒng)的功率為500W 30KW;得到的疏水劑/導(dǎo)電碳材料 復(fù)合體粉末；并通過稱重法確定最終疏水劑的含量；所制得的疏水劑/導(dǎo)電 碳材料復(fù)合粉體粒徑在0. 5 ~ 50 m m之間。所述導(dǎo)電碳材料為導(dǎo)電碳黑、碳纖維、活性碳、碳納米管、碳納米纖 維、碳微球、碳須晶或石墨顆粒中的一種，或一種以上的導(dǎo)電碳材料的混 合；所述導(dǎo)電碳材料為粒徑5 100腿，較好為10-60nm,最好為12~40 腿；比表面積10 - 3000 m7g,較好為30~ 1500 mVg，最好為40 ~ 500 m2/g; 所述的疏水劑為聚四氟乙烯(PTFE),偏四氟乙烯(PVDF),聚四氟乙烯-全氟 烷基乙烯基醚(PFA)，氟化乙丙烯(FEP)或乙烯/四氟乙烯共聚物樹脂(ETFE) 的含氟聚合物，優(yōu)選疏水性高的含氟樹脂，最好為PTFE;氣體擴散層的微 孔層中總的導(dǎo)電碳材料擔(dān)量為0. 05~5. 0mg/cm2,較好為0. 3 ~ 3. 0 mg/cm2, 最好為0. 5 ~ 2. 0mg/cm2。本發(fā)明的又一目的在于提供一種成本低廉，工藝流程簡單，易于生產(chǎn) 的氣體擴散層的制備方法；將疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體制備到經(jīng)過疏水處理的多孔導(dǎo)電基底 的一側(cè)或兩側(cè)的方式可分為兩種，
濕法制備即將疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體與質(zhì)量為導(dǎo)電碳材料5-20倍的乙醇或異丙醇混合，充分分散后的漿料，制備到基底層的一側(cè)或 兩側(cè)；具體方式有噴涂、刮涂、抽慮或絲網(wǎng)印刷；干法制備即將疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體直接制備到基底層的一 側(cè)或兩側(cè)；具體方式有刮涂、噴灑；上述帶有微孔層的氣體擴散層可直接用于電池組裝，也可以經(jīng)過熱處 理后再用于電池組裝；所述熱處理過程為150 28(TC加熱10-100分鐘， 然后在300 40(TC焙燒1()~100分鐘；所述氣體擴散層的基底材料為多孔導(dǎo)電材料中的碳紙、碳布或金屬網(wǎng)，并經(jīng)過疏水化處理，疏水劑用量為疏 水劑和基底材料總量的0~60 wt. %,較好在10~50 wt. %,最好為10 ~ 30 wt. %;氣體擴散層的催化層側(cè)微孔層內(nèi)的復(fù)合導(dǎo)電材料用量為其總使 用量的0~100%,最好是50%~70%，余量在流場惻微孔層內(nèi)。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明利用上述的疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體。在粉體制備過程中 由于使用過量的疏水劑與碳材料混合，保證了二者的充分接觸，使得更多 的碳材料都有機會實現(xiàn)疏水性，保證疏水過程的均勻性；微波介電加熱過 程中由于溫度較高，疏水材料能夠很好的包裹于碳材料表面，實現(xiàn)較強的 疏水能力；所制備的復(fù)合粉可作為獨立的擴散層用材料，生產(chǎn)，保存，使 用方便。采用這種疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體為原料制備微孔層即使不 經(jīng)過焙燒處理也具有疏水性，從而簡化了生產(chǎn)工藝。且操作性強，重復(fù)性 好。形成的微孔層具有較好的疏水性和合適的孔結(jié)構(gòu)，加強了傳質(zhì)，提高 了電極性能。
圖1為本發(fā)明的PTFE/Vulcan XC-72復(fù)合體的SEM照片；圖2為本發(fā)明的PTFE/乙炔黑復(fù)合導(dǎo)電材料制備的擴散層的SEM照片；圖3為本發(fā)明的PTFE/乙炔黑復(fù)合導(dǎo)電材料制備擴散層的電極性能與傳統(tǒng)方法制備擴散層的電池性能比較；圖4為采用本發(fā)明的PTFE/乙炔黑復(fù)合導(dǎo)電材料為原料，經(jīng)過焙燒處理和未經(jīng)焙燒處理微孔層的電池性能比較。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明作詳細描述，但是本發(fā)明不僅限于實施例。 實施例1: 復(fù)合粉體的制備取3. 0 g乙炔黑，用6 mL異丙醇溶液潤濕后，加入90 mL去離子水， 機械攪拌15min，隨后再進行超聲處理30 min。然后，在機械攪拌下，緩 慢滴加30 g 10 wt. y。PTFE乳液，充分攪拌，使碳黑與PTFE均勻混合。然 后置于9(TC水浴中聚凝，去掉清液后，烘干，制成PTFE含量為50 wt. % 的PTFE/C復(fù)合體前驅(qū)物。將此前驅(qū)物放入微波爐(700 W， 2450 MHz)中，
進行微波加熱5 S停20 S的加熱程序，以去除樣品中殘留的水份。隨后反 復(fù)進行加熱10 s停60 s的加熱程序，至PTFE含量為30 wt%。得PTFE含 量為30 wt。/。的PTFE/AB復(fù)合粉體，記為30PTFE/AB。 氣體擴散層的制備取71. 4 mg 30PTFE/AB復(fù)合粉體，加入50ml乙醇溶液，超聲分散15min 后，刮涂于經(jīng)過憎水處理的Toray TGP-H030碳紙兩側(cè)，碳紙的PTFE含量 為20wt.%。其中催化層側(cè)碳粉擔(dān)量Q. 7mg/cm2和流場側(cè)碳粉擔(dān)量都為 0.3mg/cm2,自然晾干后，置于焙燒爐中，24(TC加熱40分鐘，34(TC焙燒 40分鐘。氣體擴散層表面形態(tài)SEM照片如圖2所示。將制好的陰、陽極擴 散層置于帶有催化層的質(zhì)子傳導(dǎo)膜的兩側(cè)，在16(TC, 10. OMPa條件下，熱 壓lmin，制成膜電極三合一。將此膜電極三合一兩側(cè)分別加上陽極和陰極 流場板，集流板和端板構(gòu)成單電池。電池性能曲線參見圖3。比較例1:取50mg乙炔黑(~42線62m7g )，加入50ml乙醇溶液，超 聲分散15min后，加入214. 3mglO%PTFE乳液，機械攪拌并超聲分散使得PTFE 在碳粉中均勻分散，制成漿料，刮涂于經(jīng)過憎水處理的Toray TGP-H030碳 紙兩側(cè)，碳紙的PTFE含量為20wt.%。其中催化層側(cè)碳粉擔(dān)量為0. 7mg/cm2 和流場側(cè)碳粉擔(dān)量都為0.3mg/cm2。自然晾干后，置于焙燒爐中，24(TC加 熱40分鐘，34(TC焙燒40分鐘。按照實施例1的方法組裝成單電池。電池 性能曲線參見圖3。實施例2:按照實施例1制備30PTFE/AB復(fù)合粉體和氣體擴散層的制備，不同之 處在于刮涂微孔層之后的氣體擴散層自然晾干，無需焙燒，即可組裝電池。 電池性能曲線參見圖4實施例3取3. Og VulcanXC-72導(dǎo)電碳黑，按照實施例1的方法制備30PTFE/VX復(fù) 合粉體。其SEM照片從附圖1中可見。 氣體擴散層的制備取3.57 mg 30PTFE/VX復(fù)合粉體，采用干法刮涂的方式，在憎水碳布 的一側(cè)制備微孔層，碳粉擔(dān)量為0. 05mg/cm2,碳紙的PTFE含量為60wt.%。 然后置于焙燒爐中，24(TC加熱40分鐘，34(TC焙燒40分鐘。按照實施例1 的方法組裝成單電池。實施例4:復(fù)合粉體的制備取3. 0 g黑珍珠碳粉(比表面積1500mVg )，用6 mL異丙醇溶液潤濕 后，加入150mL去離子水，機械攪拌15min,隨后再進行超聲處理30 min。 然后，在機械攪拌下，緩慢滴加120 g 10 wt. y。PTFE乳液，充分攪拌，使 碳黑與PVDF均勻混合。然后置于9(TC水浴中聚凝，去掉清液后，烘干，制成PVDF含量為80wt. %的復(fù)合體前驅(qū)物。將此前驅(qū)物放入微波爐(500 W, 2450 MHz)中，進行微波加熱5 s停20 s的加熱程序，以去除樣品中殘留 的水份。隨后反復(fù)進行加熱10s停60s的加熱程序，至PVDF含量為70wt %。得PVDF含量為70 wt。/。的復(fù)合粉體，記為70PVDF/BP。氣體擴散層的制備取O. 5 g 70PVDF/BP復(fù)合粉體，加入80ml乙醇溶液，超聲分散15min 后，刮涂于經(jīng)過憎水處理的Toray TGP-H060碳紙兩側(cè)，碳紙的PVDF含量 為5 wt.%。其中催化層側(cè)碳粉擔(dān)量1.5 mg/cm2和流場側(cè)碳粉擔(dān)量都為1.5 mg/cm2,自然晾干后，置于焙燒爐中，24(TC加熱40分鐘，34(TC焙燒40分鐘。按照實施例1的方法組裝成單電池。 實施例5: 復(fù)合粉體的制備取2.4g乙炔黑(~42nm, 62m2/g)和0.6g Black Pearls 2000 ( 15nm， 1500m2/g)碳粉，充分研磨，均勻混合后，用6 mL異丙醇溶液潤濕后，加 入100 mL去離子水，機械攪拌15 min,隨后再進行超聲處理30 min。然 后，在機械攪拌下，緩慢滴加0.93 g 10 wt. 。/。FEP乳液，充分攪拌，使碳 黑與FEP均句混合。然后置于9(TC水洛中聚凝，去掉清液后，烘干，制成 FEP含量為3wt. %的復(fù)合體前驅(qū)物。將此前驅(qū)物放入微波爐(1000 W， 2450 MHz)中，進行微波加熱5 s停20 s的加熱程序，以去除樣品中殘留的水 份。隨后反復(fù)進行加熱IO s停60 s的加熱程序，至FEP含量為1 wt%。 得FEP含量為1 wt。/。的復(fù)合粉體，記為1FEP/ (AB+BP)。氣體擴散層的制備取101 mg 1FEP/ ( AB+BP )復(fù)合粉體，干法噴灑于經(jīng)過憎水處理的Toray TGP-H120碳紙兩側(cè)，碳紙的FEP含量為1 wt. %。其中催化層側(cè)碳粉擔(dān)量1. 5 mg/cm2和流場側(cè)碳粉擔(dān)量都為0. 5mg/cm2,按照實施例1的方法組裝成單電池。實施例6: 復(fù)合粉體的制備取3 g碳納米管，用6 mL異丙醇溶液潤濕后，加入90 mL去離子水， 機械攪拌15min，隨后再進行超聲處理30 min。然后，在機械攪拌下，緩 慢滴加12. 8 g 10 wt. y。ETFE乳液，充分攪拌，使碳納米管與ETFE均勻混 合。然后置于9(TC水浴中聚凝，去掉清液后，烘干，制成ETFE含量為30wt. %的復(fù)合體前驅(qū)物。將此前驅(qū)物放入微波爐(2000 W， 2450 MHz)中，進 行微波加熱5 s停20 s的加熱程序，以去除樣品中殘留的水份。隨后反復(fù) 進行加熱10 s停60 s的加熱程序，至ETFE含量為15 wt%。得ETFE含量 為15 wt。/。的復(fù)合粉體,記為15ETFE/CNT。氣體擴散層的制備取294 mg 115ETFE/CNT復(fù)合粉體，加入30ml乙醇溶液，超聲分散15min
后，刮涂于經(jīng)過憎水處理的碳布兩側(cè)，碳布中的ETFE含量為40 wt.%。其 中催化層側(cè)碳粉擔(dān)量3 mg/cm2和流場惻碳粉擔(dān)量都為2 mg/cm2,自然晾干 后，按照實施例1的方法組裝成單電池。 實施例7: 復(fù)合粉體的制備取1.5gVulcaiiXC-72碳粉和1.5g碳納米管，充分研磨，均勻混合后， 用6 mL異丙醇溶液潤濕后，加入IOO mL去離子水，機械攪拌15 min,隨 后再進行超聲處理30 min。然后，在機械攪拌下，緩慢滴加4. 3 g 10 wt. Q/。FEP乳液，充分攪拌，使碳黑與FEP均勻混合。然后置于9(TC水浴中聚 凝，去掉清液后，烘干，制成FEP含量為lOwt. %的復(fù)合體前驅(qū)物。將此 前驅(qū)物放入微波爐(700 W， 2450 MHz)中，進行微波加熱5 s停20 s的 加熱程序，以去除樣品中殘留的水份。隨后反復(fù)進行加熱10 s停60 s的 加熱程序，至FEP含量為5wty。。得FEP含量為5 wty。的復(fù)合粉體，記為 5FEP/ (VX+CNT)。氣體擴散層的制備取52. 6mg5FEP/ ( VX+CNT )復(fù)合粉體，千法噴灑于不銹鋼碳纖維網(wǎng)單 側(cè)，即用于靠近流場側(cè)碳粉擔(dān)量0.5 mg/cm2,然后按照實施例1的方法組 裝成單電池。實施例8: 復(fù)合粉體的制備取1.5g Vulcan XC-72碳粉和1.5 g碳納米管，充分研磨，均勻混合后， 用6 mL異丙醇溶液潤濕后，加入100 mL去離子水，機械攪拌15 min,隨 后再進行超聲處理30 min。然后，在機械攪拌下，緩慢滴加4. 3 g 10 wt. Q/。FEP乳液，充分攪拌，使碳黑與FEP均勻混合。然后置于9(TC水洛中聚 凝，去掉清液后，烘干，制成FEP含量為lOwt. %的復(fù)合體前驅(qū)物。將此 前驅(qū)物放入微波爐(20KW， 2450 MHz)中，進行微波加熱5 s停20 s的加 熱程序，以去除樣品中殘留的水份。隨后反復(fù)進行加熱10 s停60 s的加 熱程序，至FEP含量為5wt。/。。得FEP含量為5wt。/。的復(fù)合粉體，記為5FEP/ (VX+CNT )。氣體擴散層的制備取52. 6mg5FEP/ ( VX+CNT )復(fù)合粉體，干法噴灑于不銹鋼碳纖維網(wǎng)單 側(cè)，即用于靠近流場側(cè)碳粉擔(dān)量0.5 fflg/cm2，然后按照實施例1的方法組裝成單電池。實施例9: 復(fù)合粉體的制備取2.4g乙炔黑( 42nm, 62m2/g)和0.6g Black Pearls 2000 ( 15nrn, 1500m2/g)碳粉，充分研磨，均勻混合后，用6 mL異丙醇溶液潤濕后，加 入100 mL去離子水，機械攪拌15 min,隨后再進行超聲處理30 min。然 后，在機械攪拌下，緩慢滴加0.93 g 10 wt. y。FEP乳液，充分攪拌，使碳 黑與FEP均勾混合。然后置于9(TC水浴中聚凝，去掉清液后，烘干，制成 FEP含量為3wt. %的復(fù)合體前驅(qū)物。將此前驅(qū)物放入微波爐(30KW， 2450 固z)中，進行微波加熱5 s停20 s的加熱程序，以去除樣品中殘留的水 份。隨后反復(fù)進行加熱IO s停60 s的加熱程序，至FEP含量為1 wt%。 得FEP含量為1 wt。/。的復(fù)合粉體，記為1FEP/ (AB+BP)。 氣體擴散層的制備取101 mg 1FEP/ ( AB+BP )復(fù)合粉體，干法噴灑于經(jīng)過憎水處理的Toray TGP-H120碳紙兩側(cè)，碳紙的FEP含量為1 wt. %。其中催化層側(cè)碳粉擔(dān)量1. 5 mg/cm2和流場側(cè)碳粉擔(dān)量都為0. 5mg/cm2，按照實施例1的方法組裝成單電池。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用氣體擴散層，其特征在于在經(jīng)過憎水處理的多孔導(dǎo)電基底的一側(cè)或兩側(cè)制備有由疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體構(gòu)建的微孔層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述燃料電池用氣體擴散層，其特征在于所述疏 水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體是釆用微波介電加熱技術(shù)制得，其具體過程為[1]首先將導(dǎo)電碳材料用乙醇或異丙醇潤濕，隨后加入導(dǎo)電碳材料質(zhì) 量10-1Q0倍的蒸餾水，在超聲波里充分分散、攪拌；[2] 將疏水劑乳液逐滴加入到經(jīng)充分分散的上述碳材料的懸浮液中， 其中終產(chǎn)物中疏水劑含量為1~70 wt.%，該步驟疏水劑滴加量為產(chǎn)物實際 量的1.5- 3倍，充分攪拌，使碳材料和疏水劑充分混合接觸；[3]將上述混合液置于70-100 。C水洛鍋中聚凝，并揮發(fā)掉用作溶劑 的醇和蒸餾水；[4] 將烘干后的疏水劑和導(dǎo)電碳材料的混合物，置于微波爐中，進行 微波加熱處理微波加熱時間為0.1 30分鐘，微波系統(tǒng)的功率為500W 30KW;得到的疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合體粉末；并通過稱重法確定最終疏水 劑的含量；所制得的疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體粒徑在0. 5 ~ 50 y m之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述燃料電池用氣體擴散層，其特征在于所述導(dǎo) 電碳材料為導(dǎo)電碳黑、碳纖維、活性碳、碳納米管、碳納米纖維、碳微球、 碳須晶或石墨顆粒中的一種，或一種以上的導(dǎo)電碳材料的混合；所述導(dǎo)電 碳材料粒徑5-100 nm;比表面積10~ 3000 mVg。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用氣體擴散層，其特征在于所述疏 水劑為包括聚四氟乙烯，偏四氟乙烯，聚四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚，氟 化乙丙烯或乙烯/四氟乙烯共聚物樹脂的含氟聚合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用氣體擴散層的制備方法，其特征在 于氣體擴散層的微孔層中總的導(dǎo)電碳材料擔(dān)量為0.05-5.0 mg/cm2。
6. —種權(quán)利要求1所述燃料電池用氣體擴散層的制備方法，其特征在 于將疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體制備到經(jīng)過疏水處理的多孔導(dǎo)電基底 的一側(cè)或兩側(cè)的方式可分為兩種，濕法制備即將疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體與質(zhì)量為導(dǎo)電碳材料 5-20倍的乙醇或異丙醇混合，將充分分散后的漿料，制備到基底層的一側(cè) 或兩側(cè)；干法制備即將疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體直接制備到基底層的一 側(cè)或兩側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用氣體擴散層的制備方法，其特征在 于上述帶有微孔層的氣體擴散層可直接用于電池組裝，也可以經(jīng)過熱處 理后再用于電池組裝；所述熱處理過程為150 28(TC加熱10~100分鐘， 然后在300 - 40(TC焙燒10-100分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用氣體擴散層的制備方法，其特征在 于所述氣體擴散層的基底材料為多孔導(dǎo)電材料中的碳紙、碳布或金屬網(wǎng)， 并經(jīng)過疏水化處理，疏水劑用量為疏水劑和基底材料總量的0~60 wt. %。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用氣體擴散層的制備方法，其特征在于所述氣體擴散層的催化層惻微孔層內(nèi)的疏水劑/導(dǎo)電碳材料的復(fù)合粉體 用量為其總使用量的0~100%,余量在流場側(cè)微孔層內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料電池，具體地說是一種燃料電池用氣體擴散層及其制備；氣體擴散層由基底層和微孔層組成，即在經(jīng)過憎水處理的多孔導(dǎo)電基底的一側(cè)或兩側(cè)制造由疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體構(gòu)建的微孔層而得。疏水劑/導(dǎo)電碳材料復(fù)合粉體是采用微波介電加熱技術(shù)制成，由于其良好的疏水性和粒徑結(jié)構(gòu)使得所制備氣體擴散層具有較強且均勻的疏水性能以及適宜的孔結(jié)構(gòu)，從而保證了氣體擴散層良好的傳質(zhì)能力。由其組裝的燃料電池表現(xiàn)出較優(yōu)的電池輸出性能，尤其適合于在以空氣為氧化劑的燃料電池中使用，具有較強的實用價值。
文檔編號H01M8/02GK101154733SQ20061004793
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者張華民, 王曉麗, 田植群, 衣寶廉, 劍 陳 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所